山河智能螺旋地桩钻机

赵宏强，高淑蓉，林宏武

（1.中南大学机电工程学院，湖南长沙410083；2.山河智能装备股份有限公司技术中心，湖南长沙410100）

1 概述

随着太阳能利用的普及与推广，太阳能硅光板架设量愈来愈大，目前硅光板的支撑大量采用螺旋地桩。螺旋地桩结构简单、成本低，施工速度快，不需水泥浇注，避免污染环境，并且可回收利用，对地表破坏少，易于恢复原地形地貌。另外螺旋地桩还广泛应用于简易房屋基础、帐篷、篱笆、铁丝网、高速公路与铁路隔离网、路标、路牌、广告牌、灯箱、旗杆、电杆等固定支撑上。目前小型螺旋地桩的钻进大量采用人工手动旋入钻进，中型螺旋地桩采用电动工具旋入钻进，大型螺旋地桩采用专门机器旋入钻进。为了提高工作效率、降低劳动强度和提高作业的安全性，所有螺旋地桩都可以采用螺旋地桩钻机钻进。

2 山河智能螺旋地桩钻机结构

本文介绍一种结构紧凑、机动性好、旋转扭矩大、转速高、能满足多种螺旋地桩钻进要求、作业范围广、能耗低、钻进速度快、效率高、操纵轻便灵活、维护简便、使用成本低、环境友好的螺旋地桩钻机。它包括行走底盘、推土铲、平台旋转机构、平台、司机室、动力系统、液压系统、动臂、动臂举升油缸、钻架、钻架仰俯油缸、旋转动力头、油缸钢丝绳推进系统、导向器、倾角传感器、显示屏和操作控制系统等。

螺旋地桩钻机利用通用的液压挖掘机为基础，在挖掘机的动臂前端用钻架、推进系统和旋转动力头取代挖掘机的斗杆和铲斗来进行螺旋地桩的钻进。采用挖掘机行走底盘，驱动力大，机动灵活，性能稳定可靠。底盘上安装有推土铲，可以平整地面，支起时可以稳定机器，便于定位。底盘与平台之间采用液压马达驱动的平台旋转机构，使平台相对底盘可360度全旋转，工作灵活方便。动臂与平台间装有动臂举升油缸，通过油缸伸缩，可使动臂上升或下降，从而提升或下放钻架。动臂与钻架之间装有钻架仰俯油缸，钻架上安装有倾角传感器，通过油缸的伸缩可使钻架进行仰俯运动，使钻架到达指定的工作点和指定的钻进角度，安装在司机室内的显示屏可显示钻架的倾斜度，便于操作人员操作机器，能快速定位和抵住工作面，有利于钻进定位和提高钻进精度。它作业范围广，一次行走定位能钻多个螺旋地桩，节省辅助作业时间，提高工作效率。钻架角度可调，能满足多方位钻进螺旋地桩的要求。旋转动力头通过液压马达和齿轮减速机使螺旋地桩驱动联结装置旋转，带动螺旋地桩转动，进行旋转钻进。旋转扭矩大、转速高，钻进速度快。螺旋地桩驱动联结装置能快速安装和脱开螺旋地桩，不需要拧多个螺栓，节省作业时间，提高工作效率。不同尺寸和安装形式的螺旋地桩，可采用相应尺寸和安装形式的螺旋地桩驱动联结装置。旋转动力头的推进与提升采用油缸、动滑轮、钢丝绳型式，通过油缸的伸缩，使旋转动力头上升或下降，进行钻进和提升。旋转动力头正转，油缸钢丝绳推进时，可把螺旋地桩旋入地中。旋转动力头反转，油缸钢丝绳提升时，可把螺旋地桩旋出地面，进行螺旋地桩的回收。油缸钢丝绳推进系统性能稳定可靠，故障率低。导向器能防止螺旋地桩偏移，便于准确定位钻进，导向器可开合，便于螺旋地桩的进出，导向器的开合可采用手动式或液压油缸驱动。钻机液压控制系统能调节推进压力、推进速度和旋转转速，以适应螺旋地桩钻进或旋出的要求，满足旋转一周钻进一个螺旋地桩螺距的需要。钻机所有动作控制由先导手柄控制，操作轻松，灵活方便。钻机配有带空调的司机室，作业环境大为改善，提高操作人员的舒适性和安全性，提高了工作效率。

这种钻机取下动臂前端的钻架，重新装上斗杆和铲斗，又可作挖掘机使用，或装上液压破碎锤，作为破碎机来使用，一机多能，扩大了机器的使用范围。

图1 SWDL300螺旋地桩钻机结构

3 SWDL300螺旋地桩钻机主要技术参数

功率16kW/2200rpm

行走速度高速4.7km/h

行走速度低速2.6km/h

爬坡能力30度

推进行程2000mm

大螺旋桩规格φ114X1600mm

小螺旋桩规格φ76X2000mm

回转扭矩3000N.m

回转速度30rpm

提升能力10kN

提升速度3m/min

4 山河智能螺旋地桩钻机技术特点

SWDL螺旋地桩钻机设计中采用全新的设计理念，运用人性化模块化设计和机电液一体化设计、人机与自然相融合的原则，将产品的性能与可靠性、灵便性、舒适性、安全性、保障维护性等人机工程有机结合起来，设计与生产一流的产品。本项目技术处于国内领先、国际先进水平，主要关键技术与创新点有：

（1）整机基于挖掘机系统，更换工作装置可实现挖掘和钻进作业，机器机动灵活，上车360°全回转；

（2）所有动作包括行走、推土铲、上车回转、工作装置、地桩回转与推进等采用液压先导阀，集中在驾驶室内操作，操作轻便灵活，减少操作力，使控制更加平稳，同时减少了操作人员的疲劳；

（3）驾驶室内装有钻架角度显示仪，操作直观，能快速定位，定位精度高，节省作业时间；

（4）安装和拆卸螺旋地桩时不需要拧多个螺栓，节省辅助时间，提高工作效率，降低劳动强度。针对不同直径或安装型式的螺旋地桩，配备不同的接桩装置，更换驱动联结装置简单、方便、快捷；

（5）钻机配备螺旋地桩导向装置，保证钻进的垂直度；

（6）钻具回转采用低速大扭矩马达，旋转扭矩大、转速高，钻进速度快，效率高；

（7）推进采用油缸-钢丝绳传动，故障低，安全，可靠性高；

（8）钻机液压控制系统能调节推进压力、推进速度和旋转转速，能适应螺旋地桩钻进或旋出的要求；

（9）在遇到坚硬的地面时，在旋转动力头的前端可以安装供气的旋转接头和潜孔冲击器，接上移动式空气压缩机，就可在硬地上钻孔，然后再旋入螺旋地桩，解决螺旋地桩在坚硬地面钻不进的问题；

（10）钻机采用原装进口的发动机，性能稳定，可靠性高，液压系统主泵、主阀、回转马达、行走马达均采用原装进口产品，性能稳定，可靠性高，作业效率高。

图2 SWDL300螺旋地桩钻机

5 山河智能螺旋地桩钻机应用情况

山河智能装备股份有限公司和中南大学开发的螺旋地桩钻机是一种理想的螺旋地桩钻进安装设备。目前该钻机已批量出口到泰国、日本、西班牙等国家，具有机动灵活、作业效率高、操作舒适、运行成本低的优点，为用户带来了良好的经济效益和社会效益。如保威新能源公司采用山河智能螺旋地桩钻机在青海工地短短40天内就完成了10MW西北光伏电站的螺旋地桩基础和支架的全部安装工作，为整个项目的提前并网发电创造了条件。